Реферат по материаловедению на тему: «Чугун»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ профессиональное

образовательное учреждение

"Профессиональное училище № 44"

РЕФЕРАТ

по материаловедению на тему «Чугун»

Выполнил: студентка 1 курса

очного отделения

Романюк В.С

Преподаватель:

Мальченко Ф.Г.

Николаевск

2022

СОДЕРЖАНИЕ:

1.     Введение

2.     Классификация чугунов

3.     Структура и свойства чугуна

4.     Серый чугун

5.     Ковкий чугун  

6.     Белый и высокопрочный чугун  

7.     Заключение

8.     Список литературы 

ВВЕДЕНИЕ

Чугун - это сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий более 2,14% C.

В металлургическом производстве чугун выплавляют в доменных печах. Получаемый чугун подразделяется на: конверсионный, специальный (ферросплавы) и литейный. Конвертирующий и специальный чугуны используются для последующей обработки в сталь. Чугун (около 20% всего чугуна) отправляется на машиностроительные заводы для использования при изготовлении литых деталей (отливки).   

Чугун конструкционный нелегированный для производства отливок в машиностроении имеет следующий химический состав, %: 2,0 - 4,5 С; 1,0 - 3,5 Si; 0,5-1,0 Мп; содержание примесей: не более 0,3% S; не более 0,15% S.    

Широкое применение чугуна в промышленности обусловлено оптимальным сочетанием различных свойств: технологических (литейные, обрабатываемость), эксплуатационных (механические и специальные) и технико-экономических показателей.

Классификация чугунов

Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в сплаве может находиться не только в растворенном и связанном состоянии (в виде химического соединения - цементита Fe 3 C), но и в свободном состоянии - в виде графита. В этом случае форма выделений графита и структура металлической основы (матрицы) определяют основные типы чугуна и их свойства.     

Классификация чугуна с различными формами графита производится по ГОСТ 3443-77. Специально разработанные шкалы используются для оценки формы включений графита, их размера, характера распределения и количества, а также типа металлической основы. 

Классификация чугуна проводится по следующим критериям:

• по состоянию углерода - свободный или связанный;  
• в виде включений графита - пластинчатых, червеобразных, шаровидных, чешуйчатых (рис. 30);  
• по типу структуры металлической основы (матрицы) - ферритная, перлитная; также есть чугуны со смешанной структурой: например, ферритно-перлитные;   
• по химическому составу - чугуны нелегированные (общего назначения) и легированные (специальные).  

В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:

• белый чугун, в котором весь углерод связан в виде цементита Fe 3 C;    
• полужирный чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8%) находится в виде цементита;    
• серый чугун, в котором весь или большая часть углерода свободна в виде пластинчатого графита;  
• беленый чугун, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой белый;  
• ковкий чугун, в котором графит имеет сферическую форму;  
• ковкий чугун, полученный из белого путем отжига, в котором углерод переходит в свободное состояние в виде чешуйчатого графита.  

Структура и свойства чугуна

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы (матрицы) и включений графита. Свойства чугуна определяются свойствами металлической основы и природой включений графита. 

Чугуны содержат следующие конструктивные элементы:

• графит (G);
• перлит (П);
• феррит (F);
• ледебурит (L);
• фосфидная эвтектика.

По микроструктуре различают:

• белый чугун I (C + G);
• серый перлитный чугун II (P + G);
• серый ферритный чугун III (F + G);
• полукруглый чугун II a (P + C + G);
• высокопрочный чугун IV (П + шаровидный графит).

Формирование микроструктуры чугуна зависит от его химического состава и скорости охлаждения (толщины) отливки. Структура металлической основы определяет твердость чугуна. 

Углерод в чугуне может присутствовать в виде химического соединения - цементита Fe 3 C, графита или их смеси. По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Места его возникновения можно рассматривать как нарушения сплошности металла. Чугун как бы пронизан включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. По мере того как графитовые включения имеют округлую форму (из-за модификации чугуна добавками SiCa, FeSi, Al, Mg), их отрицательная роль как срезов в металлической основе уменьшается, а механические свойства чугуна повышаются.      

Например, серый чугун (пластинчатая форма графита) имеет низкие механические свойства, поскольку пластины с включениями графита играют роль концентратов напряжений в отливке. Однако серый чугун имеет ряд преимуществ: он имеет высокую текучесть и низкую усадку отливки; включения графита делают стружку хрупкой, что облегчает резку чугуна; за счет смазывающего действия графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами; хорошо гасит колебания и резонансные колебания. Из высокопрочного чугуна (шаровидный графит) изготовлены ответственные детали: шестерни, коленчатые валы.     

Кремний способствует графитизации чугуна. Изменяя его состав и скорость охлаждения отливки, можно получать чугун различной структуры. 

Марганец предотвращает графитизацию и нейтрализует вредное действие серы, образуя с ней тугоплавкие соединения MnS.

Фосфор не оказывает существенного влияния на процесс графитации. При повышенном содержании фосфора в структуре чугуна образуются твердые включения фосфидной эвтектики, что повышает его литейные свойства. 

Сера - вредная примесь. Это вызывает ухудшение литейных свойств чугуна, увеличение усадки, увеличение склонности к растрескиванию и снижение температуры красной хрупкости чугуна. 

Серый чугун

Серый чугун - это сплав системы Fe-C-Si, содержащий в качестве примесей марганец, фосфор и серу. Углерод в серых чугунах преимущественно представлен в виде пластинчатого графита. 

Структура отливок определяется химическим составом чугуна и технологическими особенностями его термической обработки. Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, формы и размера включений графита. Металлическая матрица чугунов по своим свойствам близка к свойствам стали. Графит, имеющий низкую прочность, снижает прочность чугуна. Чем меньше включений графита и чем выше их дисперсность, тем выше прочность чугуна. Включения графита вызывают снижение предела прочности чугуна. На прочность на сжатие и твердость чугуна практически не влияют частицы графита. Свойство графита образовывать смазочные пленки приводит к снижению коэффициента трения и увеличению износостойкости изделий из серого чугуна. Графит улучшает обрабатываемость.        

Согласно ГОСТ 1412-85, серый чугун обозначается буквами «С» - серый и «CH» - чугун. Цифра после буквенного обозначения указывает на средний предел прочности чугуна на разрыв. Например, СЧ 20 - серый чугун, предел прочности 200 МПа.  

По своим свойствам серый чугун условно можно разделить на следующие группы:

• ферритные и ферритно-перлитные чугуны (марки СЧ 10, СЧ 15) используются для изготовления неотзывчивых ненагруженных деталей машин;    
• чугуны перлитные (марки СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30) используются для изготовления износостойких деталей, работающих в условиях высоких нагрузок: поршней, цилиндров, блоков цилиндров;  
• модифицированные чугуны (марки СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45) получают добавлением ферросилициевых добавок перед заливкой в ​​жидкий серый чугун; такие чугуны имеют перлитную металлическую матрицу с небольшим количеством изолированных графитовых пластин.  

Чугун с уплотненным графитом отличается от серого чугуна более высокой прочностью, повышенной теплопроводностью. Этот материал перспективен для изготовления ответственных отливок, работающих в условиях теплообмена (блоки цилиндров, поршневые кольца).    

Вермикулярный графит получают обработкой расплава серого чугуна лигатурами, содержащими редкоземельные металлы (РЗМ) и силикобарий.

Модификация серого чугуна магнием, а затем ферросилицием позволяет получить магниевый чугун (SMC), который имеет прочность стального литья и высокие литейные свойства серого чугуна. Применяется для изготовления деталей, подверженных ударам, переменным нагрузкам и интенсивному износу, например, коленчатых валов легковых автомобилей.     

Ковкий чугун  

Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства за счет присутствия в структуре шаровидного графита, который в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером чугуне, ослабляет рабочий участок металлической основы и, что более важно, не оказывает на него сильного режущего действия, из-за чего концентраторы напряжений создаются вокруг включений графита в меньшей степени. Чугун с шаровидным графитом обладает не только высокой прочностью, но и пластичностью. 

Получение шаровидного графита в чугуне достигается за счет модификации расплава добавками, содержащими Mg, Ca, Ce и другие редкоземельные металлы (РЗМ).

Химический состав и свойства высокопрочных чугунов регламентируются ГОСТ 7293-85 и обозначаются буквами «В» - высокопрочный, «Н» - чугун и цифрой, обозначающей среднее значение предела прочности при растяжении. чугун. Например, ВЧ 100 - высокопрочный чугун, предел прочности на разрыв 1000 МПа (или 100 кг / мм 2 ).   

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом - наиболее перспективный литейный сплав, способный успешно решать задачу снижения веса конструкций при сохранении их высокой надежности и долговечности.

Высокопрочный чугун используется для изготовления ответственных деталей в автомобильной промышленности (коленчатые валы, шестерни, цилиндры и т. д.).

Белый и высокопрочный чугун  

Белые чугуны характеризуются тем, что весь их углерод находится в химически связанном состоянии - в виде цементита. Излом такого чугуна тускло-белый. Наличие большого количества цементита придает белому чугуну высокую твердость, хрупкость и очень плохую обрабатываемость режущим инструментом.  

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его высокую износостойкость, в том числе при воздействии абразивных сред. Это свойство белых чугунов учитывается при изготовлении из них поршневых колец. Однако белый чугун в основном используется для литья деталей с последующим отжигом до ковкого чугуна.  

Ковкий чугун получают путем отжига белого чугуна определенного химического состава, характеризующегося пониженным содержанием графитирующих элементов (2,4-2,9% С и 1,0-1,6% Si), так как необходимо получить полностью отбеленный чугун в состояние литья. по всему сечению отливки, что обеспечивает образование чешуйчатого графита при отжиге (см. рисунок)

Механические свойства и рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна регламентируются ГОСТ 1215-79. Ковкие чугуны помечены буквами «K» - податливый, «H» _ H Угун и цифра. Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна, вторая - его относительное удлинение при разрыве. Например, КЧ 33-8 означает: ковкий чугун с пределом прочности на разрыв 33 кг / мм 2 (330 МПа) и относительным удлинением при разрыве 8%.          

Различают ковкий чугун с черным сердцем, полученный в результате графитизирующего отжига, и ковкий чугун, полученный обезуглероживающим отжигом в окислительной среде. В России используется только ковкое железо. Матрица чугуна может быть перлитной, ферритной или перлитно-ферритной в зависимости от режима отжига.  

Для ускорения процесса отжига CN используют различные методы: температуру выдержки увеличивают в течение периода P 2 , модифицируют и микролегируют добавками литого алюминия, бора, титана или висмута. Все эти приемы способствуют увеличению количества центров кристаллизации, снижению устойчивости цементита.   

Ковкий чугун применяется для изготовления ответственных тонкостенных отливок малых и средних размеров, работающих в условиях динамических переменных нагрузок (детали приводных механизмов, редукторов,

тормозные колодки, шестерни, ступицы и т. д.). Однако ковкий чугун - бесперспективный материал в силу сложной технологии производства и длительности производственного цикла изготовления деталей из него. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаропрочные и коррозионно-стойкие легированные чугуны.

Химический состав, механические свойства при нормальных температурах и рекомендуемые виды термической обработки легированных чугунов регламентируются ГОСТ 7769-82. В обозначении марок легированного чугуна буквы и цифры, соответствующие содержанию легирующих элементов, такие же, как и в марках стали. 

Износостойкие чугуны, легированные никелем (до 5%) и хромом (0,8%), используются для изготовления деталей, работающих в абразивных средах. Чугуны (до 0,6% Cr и 2,5% Ni) с добавками титана, меди, ванадия, молибдена обладают повышенной износостойкостью в условиях трения без смазки. Их используют для изготовления автомобильных тормозных барабанов, дисков сцепления, гильз цилиндров и т. д.    

Чугуны из жаропрочных сплавов ЧХ 2, ЧХ 3 используются для изготовления деталей контактных устройств химического оборудования, турбокомпрессоров, работающих при температурах 600 ° С (СН 2) и 700 ° С (СН 3).  

Чугуны жаропрочные легированные ЧНМШ, ЧНИГ7Х2Ш с шаровидным графитом работоспособны при температурах 500-600 ° С и используются для изготовления деталей дизельных двигателей, компрессоров и др.

Коррозионно-стойкие легированные чугуны марок ЧХ 1, ЧНХТ, ЧНХМД, ЧН2Х (низколегированные) обладают повышенной коррозионной стойкостью в газовых, воздушных и щелочных средах. Их используют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах (поршневых колец, блоков цилиндров и головок двигателей внутреннего сгорания, деталей дизелей, компрессоров и др.).   

Антифрикционные чугуны используются в качестве подшипниковых сплавов, поскольку они представляют собой группу специальных сплавов, структура которых удовлетворяет правилу Шарпи (включения твердой фазы в мягкое основание), способных работать в условиях трения в качестве подшипников скольжения.  

Хром, медь, никель, титан используются для легирования антифрикционных чугунов.

В ГОСТ 1585-85 включены шесть марок антифрикционного серого чугуна (АЧС-1 - АЧС-6) с пластинчатым графитом, две марки высокопрочного (АЧВ-1, АЧВ-2) и две марки ковкого (АЧК-1, АЧК-2) чугуны ... Настоящий стандарт регламентирует химический состав, структуру, режимы работы, а также содержит рекомендации по применению антифрикционных чугунов.  

Различают перлитные и перлитно-ферритные антифрикционные чугуны. Применяются антифрикционные перлитные чугуны (АЧС-1, АЧС-2) и перлитно-ферритные чугуны (АЧС-3) при давлении в зоне контакта пар трения до 50 МПа. Чугуны с шаровидным графитом АЧВ-1 (перлит) и АЧВ-2 (перлитно-ферритный) используются при повышенных нагрузках (до 120 МПа).  

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Гуляев А.П. Металловедение, М., 1985.

2.     Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение, М., 1985.

3.     Технология конструкционных материалов. Эд. А. М. Дальский. Москва: Машиностроение, 1991.